Карьерные работы и хранение глин

Глины – это осадочные горные породы с размерами зерен менее 0,005 мм. Глины огнеупорные и тугоплавкие поставляются керамическим заводам специализированными предприятиями, занимающимися добычей этого сырья. Легкоплавкие глины чаще всего являются местным сырьем. Их добывают сами керамические предприятия, поэтому в их состав входит горный цех, называемый обычно карьером. Операции добычи и доставки глины на завод называются карьерными работами. Они включают вскрышные работы, добычу, транспортировку и хранение промежуточных запасов глины.

Вскрышные работы связаны с удалением пустой породы, покрывающей слой полезного ископаемого. Если мощность вскрыши не более 1 м, то ее удаляют бульдозером, так как он устойчив в работе даже на тяжелых грунтах и в дождливую погоду. Выработка в одну машино-смену в зависимости от категории грунта и расстояния транспортировки составляет 65…350 м³. При мощности вскрыши более 1 м, расстоянии транспортирования до 1 км и грунтах 1…3 категории вскрышные работы производят тракторным скрепером, выполняющим также землеройные и транспортные операции. В дождливое время скрепер недостаточно устойчив в работе из-за налипания глины на стенки ковша. При тяжелых плотных грунтах ковш иногда скользит по поверхности грунта, не врезаясь в его толщу, а выработка за смену составляет 85…200 м³. Мощные слои вскрышных пород с тяжелыми грунтами при расстояниях транспортировки более 1 км разрабатывают одноковшовыми экскаваторами и транспортируют автосамосвалами. Выработка за смену составляет 130…380 м³. Необходимый объем V, м³/год, для вскрышных работ определяют по формуле:

V = Q (h_в / h_г) (1)

где Q – годовой расход глины, м³; h_в, h_г – мощности вскрыши и слоя глины, м.

Добыча глин в летнее время производится одно- или многоковшовыми, роторными экскаваторами и канатными скреперами. Выбор метода добычи должен быть увязан с мощностью глиняного пласта и характером залегания глины. Различают виды залегания глин: однородное (рис. 1а), послойное с равномерной толщиной слоев (рис. 1б), послойное с неравномерным напластованием (рис. 1в) и линзообразное (рис. 1г). При однородном залегании глин могут применяться любые виды оборудования для их добычи с учетом экономических факторов. Если карьер представлен рыхлым однородным напластованием, то применяют канатно-скреперные установки. При послойном неравномерном залегании глин применяют только многоковшовые экскаваторы, так как они производят первичное перемешивание и усреднение глины по составу, срезая ее тонким слоем по всей высоте добычи.

Рис. 1. Характер залегания глин: 1 – глина, 2 – пустая порода

Многоковшовые экскаваторы могут работать с параллельной и радиальной резкой. При этом параллельная резка эффективнее, так как поверхность выработанного карьера остается ровной. Эти экскаваторы могут работать с верхним или нижним черпанием. Выбор системы черпания зависит от рельефа местности и транспортных условий. Они могут перемещаться только по рельсам. Передвижка рельсов по мере перемещения фронта разработки является трудоемкой работой, повышающей стоимость добычи глины. Одноковшовые экскаваторы имеют гусеничный ход, что значительно упрощает их эксплуатацию. Эффективнее как с экономической, так и с технологической точки зрения добыча глины многоковшовыми экскаваторами на гусеничном ходу.

При добыче глин в зимнее время поступление в производство мерзлой глины недопустимо. Это вызывает в изделиях разные пороки и брак, повышает нагрузку на глиноперерабатывающие машины, из-за чего учащаются их поломки. Поэтому в зимнее время должна подаваться в производство только талая глина, что вызывает необходимость утепления карьеров одним из способов.

Мягкое утепление производится после удаления вскрыши вспашкой поверхностного слоя на возможно большую глубину. Затем на поверхность глины завозят утеплитель – чаще всего опилки. С наступлением первых заморозков опилки расстилают по поверхности участка, предохраняя толщу глины от промерзания. Преждевременная укладка опилок, особенно в дождливый период, приводит к их сильному намоканию и резкому снижению теплозащитных свойств. Предварительное рыхление уменьшает глубину промерзания и снижает потребность в утеплителе. По теплозащитным свойствам слой рыхлого грунта толщиной 1 см эквивалентен слою опилок толщиной 1,7 см. Добычу ведут открытым способом, чаще всего многоковшовыми экскаваторами. Утепляют глины и штучными утеплителями (соломенные и минераловатные маты, мешки, наполненные опилками, и т. п.). Достоинствами этого способа являются невысокие первоначальные затраты на утепление карьера. Недостатки: работа людей в зимнее время на открытом воздухе затруднена, при сильных морозах повышается хрупкость металла, глина намерзает на ковши экскаватора, поэтому часты поломки. Этот способ оправдан в районах с мягким климатом.

Жесткое утепление применяется в районах с суровой зимой (Урал, Сибирь, Дальний Восток), при разработке карьера закрытым способом. Простым, хотя и примитивным утеплением является устройство деревянных настилов. В летнее время с участка, предназначенного для зимней добычи глины, удаляют вскрышной слой и вокруг участка устраивают водоотводные каналы. Над поверхностью участка укладывают из бревен прогоны, по ним – балки, по которым делают настил из горбыля, накрывают сверху толем и с наступлением первых заморозков утепляют опилками. В торце участка заблаговременно устраивают небольшую въездную траншею и ворота. Глину добывают одноковшовыми экскаваторами с емкостью ковша 0,25…0,35 м³, подставляя по мере выработки крепежные стойки под прогоны. Карьер обогревают сжиганием кокса на жаровнях, установленных у входа. Этот способ обеспечивает надежную добычу талой глины в любых климатических условиях, приемлемые условия работы людей и оборудования. Недостатки: большой расход лесоматериалов, которые повторно не используются, трудоемкость устройства утепления.

Более совершенным является покрытие из инвентарных металлических ферм с плитными утеплителями или добыча глины экскаватором под передвижной кровлей-щитом. При низких температурах наружного воздуха рабочую зону в забое отапливают для создания воздушных завес у ворот в виде перегородки-фартука с помощью калорифера. По мере выработки забоя кровля-щит периодически на катках по рельсам передвигается двумя лебедками. Одновременно удлиняются пути для вагонеток. Несущими элементами покрытия могут быть и металлические прогоны и балки. Этот способ, сохраняя преимущества закрытого способа, позволяет снизить расход лесоматериалов.

Оттаивание промерзшего грунта применяется на неутепленных карьерах. В летнее время удаляют вскрышной слой и завозят уголь на обнаженную поверхность участка, хранят его там штабелями. Зимой участок, соответствующий недельному расходу глины, очищают бульдозером от снега, расстилают слой угля толщиной 20…35 см и поджигают. Медленно сгорая, уголь отогревает промерзший слой глины. Длительность оттаивания – 6…10 суток при глубине промерзания 2…2,3 м. Прогревать глину можно и газовыми горелками, присоединенными резиновыми шлангами к временному газопроводу.

На некоторых кирпичных заводах промерзание грунта предотвращается вводом в него технической поваренной соли. Соль слоем до 2 см расстилается на поверхности вскрытого участка зимней добычи глины. Расход соли на 1 га составляет до 10 кг, но это способствует образованию высолов на поверхности кирпича.

Транспортировка глины чаще осуществляется двумя способами: наземным рельсовым транспортом в опрокидных вагонетках емкостью 1 и 2,5 м³ с электровозной тягой и автосамосвалами. Более надежным является рельсовый транспорт. Его недостатки – большие трудозатраты на ремонт и обслуживание вагонеток, невозможность использования на пересеченной местности и в городской черте. Автотранспорт является более маневренным и требует сравнительно небольших трудозатрат. Ремонт автомашин может осуществляться централизованно на авторемонтных заводах. При дальних расстояниях транспортировки более выгодным является автотранспорт, в то время как для узкоколейного рельсового транспорта стоимость перевозок возрастает. Поэтому автотранспорт на глиняных карьерах в последнее время практически вытеснил рельсовый. Но выгоды от его применения реализуются лишь тогда, когда он организационно подчинен заводу. Централизация технологического автотранспорта и вывод его из подчинения заводов создали много неудобств и повысили стоимость транспортных услуг. Пользование услугами централизованных автохозяйств обходится значительно дороже, чем собственный заводской транспорт.

Складирование запасов глины экономически выгодно для работы завода в зимний период. При толщине ее пласта менее 2,5 м зимняя добыча становится экономически невыгодной, так как сильно возрастают площади утепления и быстро перемещается фронт добычи, что ведет к резкому повышению стоимости глины. Поэтому в летний период вблизи производственных помещений складируют запас, необходимый для работы зимой. Такой запас надо создавать и тогда, когда расстояние транспортирования превышает 1 км и добытая в карьере зимой талая глина промерзает в пути. Практикой установлено, что при наличии промежуточного запаса глины заводы работают ритмично, с повышенной производительностью, причем в зимний период она даже выше, чем в летний, когда глина поступает непосредственно из карьера. Это объясняется тем, что запас глины хранится вблизи производственных цехов и исключаются перебои в поставках глины из-за транспортных неполадок.

Второе преимущество промежуточного складирования глины в том, что при нескольких ее перевалках усредняется вещественный состав глины и влажность, улучшающие формовочные и сушильные свойства. Поэтому глины из запаса дают продукцию более стабильного и высокого качества, чем глины сразу после добычи в карьере. Способы хранения запаса глины следующие.

В открытых котлованах или наземных штабелях глину хранят вблизи формовочного цеха, устраивая котлован шириной 30…40 м, глубиной, равной длине стрелы многоковшового экскаватора, и длиной по расчету на требуемый период времени работы цеха. В летний период его заполняют глиной, осенью утепляют опилками, а зимой добывают многоковшовым экскаватором с нижним черпанием. При хранении глины в наземном штабеле вокруг его площадки устраивают водоотводные канавы с надежным стоком воды. Глину в штабель возят автосамосвалами, откосы по возможности делают крутыми и для лучшего стока воды уплотняют, а верх делают двухскатным и утепляют опилками. Преимущества и недостатки котлованных и наземных открытых штабелей следующие: в котлован можно завозить глину как рельсовым транспортом, так и автосамосвалами, а в наземный штабель – только автосамосвалами. В котловане расход опилок на 1000 м³ глины – 63 м³, а в штабеле – 84 м³. Котлованы заливаются водой и заносятся снегом, что повышает влажность глины, затрудняет работу перерабатывающего оборудования, увеличивает энергозатраты на сушку. В котловане экскаваторами слой опилок уплотняется и глина промерзает. Глубина его ограничивается близостью грунтовых вод. Поэтому часто комбинируют котлованный и наземный способ. В районах с суровой зимой надо применять временные укрытия, такие же, как в закрытых карьерах.

Капитальные склады (глинохранилища) являются наиболее выгодным способом хранения глин по эксплуатационным затратам. Их типы различаются в зависимости от механизмов, применяемых для разгрузки и выгрузки глины. Загружать глину можно мостовым грейферным краном, грейфером на монорельсе и ленточным транспортером, выгружать – мостовым грейферным краном и одноковшовым экскаватором. Глинохранилища чаще имеют прямоугольное сечение. Глину подают от места разгрузки карьерного транспорта и распределяют по площади склада грейфером, перемещающимся на монорельсе. Иногда глину подают к месту переработки ленточным конвейером. При этом экскаватор загружает глину в ящичный подаватель, который перемещает ее на ленточный конвейер, монтируемый на полу склада или в подземной траншее. В глинохранилищах следует хранить глину одного сорта, оборудуя их мостовым грейферным краном, который загружает и разгружает глину в любую часть склада. Для хранения глин, прибывающих по железной дороге, строят склады с эстакадами, по которым вагоны въезжают в склад и разгружаются.